Il cuore, un organo vitale, dipende da un metabolismo energetico efficiente per sostenere la sua continua attività contrattile. Esaminiamo le proprietà anatomiche, metaboliche e biochimiche delle cellule miocardiche, comparandole con altri tipi di tessuto muscolare.
Fisiologia del Muscolo Cardiaco
Buona parte della massa cardiaca è costituita da un tessuto muscolare striato, chiamato miocardio, formato da cellule dette miociti cardiaci. Circa un terzo del volume di un miocita cardiaco è occupato dai mitocondri, vere e proprie "centrali energetiche" cellulari.
Le proprietà anatomiche, metaboliche e biochimiche delle cellule miocardiche, sono per certi aspetti comparabili a quelle presenti negli altri tipi di tessuto muscolare (liscio e striato volontario). Analogamente alla muscolatura liscia, che controlla i movimenti involontari degli organi interni (bronchi, utero, tubo digerente, vasi sanguigni ecc.), le cellule cardiache sono piccole e mononucleate. Come il muscolo scheletrico, il miocardio ha nel sarcomero la sua unità funzionale.
Una delle caratteristiche peculiari del cuore è il legame esistente tra le singole cellule, che spesso terminano con ramificazioni più o meno evidenti. Trasferimento della tensione contrattile da una cellula all'altra. Grazie all'abbondante presenza di mitocondri, la capacità del muscolo cardiaco di estrarre l'ossigeno dal sangue è nettamente superiore rispetto agli altri tessuti.
Già a riposo il cuore estrae circa il 70-80% dell'ossigeno contenuto nel sangue arterioso, più del doppio rispetto alla quantità estratta dalle altre cellule dell'organismo. In risposta ad un impegno fisico intenso, le aumentate richieste energetiche del cuore possono quindi essere soddisfatte soltanto attraverso un incremento del flusso sanguigno all'interno delle arterie coronarie (vasi deputati all'irrorazione sanguigna del miocardio). Non a caso il cuore è un organo altamente vascolarizzato (circa 3-4 volte in più rispetto al muscolo scheletrico) e ogni sua cellula viene irrorata da almeno un capillare.
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L'ossigeno è un elemento fondamentale per l'ottimale funzionamento del muscolo cardiaco. A differenza degli altri muscoli striati, il cuore possiede infatti una limitata capacità di trarre energia da processi anaerobici. Se private dell'ossigeno le cellule del muscolo cardiaco muoiono già dopo pochi minuti e, se tale necrosi, chiamata infarto, coinvolge un numero importante di cellule, può essere fatale per l'individuo o comunque causare gravi deficit, dato che le cellule miocardiche danneggiate non hanno capacità di rigenerarsi.
Come tutti i muscoli, anche il cuore si contrae in risposta ad uno stimolo elettrico. A differenza di questi, il miocardio è però in grado di generare autonomamente lo stimolo alla contrazione, grazie alla presenza di un particolare elemento anatomico, detto nodo seno atriale. Da questa struttura, ricca di cellule pace-maker, si propagano ondate di impulsi elettrici che, raggiungendo le cellule muscolari cardiache, generano e regolano il battito cardiaco.
Benché il cuore abbia capacità contrattile autonoma, essa è comunque influenzata dall'attività del sistema nervoso che regola la frequenza cardiaca in base alle mutevoli esigenze dell'organismo. Per trarre l'energia necessaria alla contrazione cardiaca, il cuore ricorre soprattutto dall'ossidazione degli acidi grassi.
Il Ruolo del Potassio
Il 98% del potassio presente nell'organismo si trova allocato all'interno delle cellule, tanto da rappresentare il principale catione (K+) intracellulare. Le concentrazioni maggiori si registrano a livello muscolare e cardiaco, tanto che il patrimonio totale di potassio (circa 3500 mmoli in un individuo di 70 kg) risulta proporzionale alla massa magra e al contenuto d'azoto.
Il bilancio tra le entrate e le uscite di potassio vede l'apporto alimentare equilibrarsi con l'eliminazione renale, intestinale e cutanea (sudore). L'eliminazione renale di potassio è controllata da numerosi fattori, in prima istanza dai mineralcorticoidi (aldosterone), che stimolano la secrezione del minerale secondo il meccanismo appena descritto (aumentato il riassorbimento tubulare del sodio, quindi di riflesso stimolano una maggiore perdita di potassio per la legge della elettroneutralità).
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A lungo termine, la capacità di eliminare o ritenere potassio a livello del rene e del crasso è inevitabilmente influenzata dalla sua introduzione giornaliera, anche se l'organismo non è in grado di azzerare del tutto la potassiuria, nemmeno in caso di severa carenza (esiste una perdita renale obbligatoria di potassio, che insieme a quella con feci e sudore, ammonta a circa 1,2 grammi al giorno).
La differente concentrazione di potassio tra i compartimenti intra ed extracellulari è garantita dalla pompa sodio-potassio ATP-asi, che pompa attivamente il sodio all'esterno della cellula ed il potassio al suo interno, con un rapporto di due ioni potassio ogni tre ioni sodio.
In condizioni di acidità cellulare, l'ingresso di idrogenioni nel compartimento intracellulare favorisce l'uscita del potassio (K+), che di riflesso aumenta la propria concentrazione nel plasma per mantenere la neutralità elettrica; di conseguenza si può avere iperpotassiemia transitoria anche in uno stato di deplezione potassica. L'ingresso di potassio nelle cellule è invece facilitato dalla condizione opposta (alcalosi), e dal rilascio di catecolamine (stimolazione B-adrenergica) ed insulina, che aumenta l'attività della pompa sodio-potassio e la sintesi di glicogeno.
Biochimica del Metabolismo Cardiaco
Per trarre l'energia necessaria alla contrazione cardiaca, il cuore ricorre soprattutto dall'ossidazione degli acidi grassi. I corpi chetonici e la loro utilizzazione energetica, in particolare nel miocardio.
Esaminiamo il metabolismo glucidico: glicolisi, gluconeogenesi, il ciclo di Krebs. Le fermentazioni e LDH. Ciclo di Cori e dell'alanina. Il destino metabolico del piruvato.
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